四川大学新成果登Nature研究亮点

　　

生物通报道：来自四川大学华西医院纳米生物医学技术与膜生物学研究所的研究人员首次设计一种“智能化”的半程电荷匹配短肽，通过调节浓度和施加超声等外部作用，能人为地控制短肽形成“渔网式”或“席状”的纳米生物材料。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

这一研究成果为人们按照意愿定向设计“智能化”纳米分子，开发可人为控制特性的新型纳米生物材料，提供了重要的理论和实践基础，近期Nature China将其列为了研究亮点，进行推荐。

领导这一研究的是刚刚获得2008年亚裔杰出奖的赵晓军教授，第一作者是2005级博士研究生阮丽萍(Liping Ruan)。自2005年起，赵晓军教授与四川大学30多名博士、硕士研究生一起在纳米自组装短肽、纳米生物医学工程和膜蛋白质结构等领域展开研究工作。这些研究生通过几年来的辛勤工作,取得了显著的科研业绩，在PNAS、Biomaterials，Public Library of Sciences (PLOS)，Trends in Biotechnology，Chem.Soc.Rev.，Journal of Materials Chemistry，Macromolecular bioscience等知名杂志上发表了一系列第一署名单位为四川大学的研究性论文。

以往自组装纳米生物材料的形成多是自发形成，很难人为控制纳米材料的形成过程和材料特性，而这篇文章首次设计一种“智能化”的半程电荷匹配短肽，通过调节浓度和施加超声等外部作用，能人为地控制短肽形成“渔网式”或“席状”的纳米生物材料。此项工作为人们按照意愿定向设计“智能化”纳米分子，开发可人为控制特性的新型纳米生物材料，提供了重要的理论和实践基础。此外，在应用过程中，这类新型自组装短肽已证明具有快速止血、良好的药物控释功效，将在创伤的快速修复、药物工程、组织工程中提供新的技术手段和新方法。

赵晓军教授简介：

赵晓军教授毕业于四川大学，1995年获得加州大学生化博士学位，曾任麻省理工学院生物医学工程中心分子自组装实验室主任。现为四川大学特聘教授，四川大学纳米生物医学技术与膜生物学研究所首任常务所长及首席科学家，美国康奈尔大学客座教授。长期从事分子自组装、纳米生物医学工程、膜蛋白质结构的研究工作，已发表包括PNAS, Biomaterials, Public Library of Sciences (PLOS), Trends in Biotechnology, Chem.Soc.Rev., Journal of Materials Chemistry, Macromolecular bioscience等五十余篇国际高水平论文。

原文摘要：

Designed amphiphilic peptide forms stable nanoweb, slowly releases encapsulated hydrophobic drug, and accelerates animal hemostasis
How do you design a peptide building block to make 2-dimentional nanowebs and 3-dimensional fibrous mats? This question has not been addressed with peptide self-assembling nanomaterials. This article describes a designed 9-residue peptide, N-Pro-Ser-Phe-Cys-Phe-Lys-Phe-Glu-Pro-C, which creates a strong fishnet-like nanostructure depending on the peptide concentrations and mechanical disruptions. This peptide is intramolecularly amphiphilic because of a single pair of ionic residues, Lys and Glu, at one end and nonionic residues, Phe, Cys, and Phe, at the other end. Circular dichroism and Fourier transform infrared spectroscopy analysis demonstrated that this peptide adopts stable β-turn and β-sheet structures and self-assembles into hierarchically arranged supramolecular aggregates in a concentration-dependent fashion, demonstrated by atomic force microscopy and electron microscopy. At high concentrations, the peptide dominantly self-assembled into globular aggregates that were extensively connected with each other to form “beads-on-a-thread” type nanofibers. These long nanofibers were extensively branched and overlapped to form a self-healing peptide hydrogel consisting of >99% water. This peptide can encapsulate the hydrophobic model drug pyrene and slowly release pyrene from coated microcrystals to liposomes. It can effectively stop animal bleeding within 30 s. We proposed a plausible model to interpret the intramolecular amphiphilic self-assembly process and suggest its importance for the future development of new biomaterials for drug delivery and regenerative medicine.